晶体硅太阳电池扩散工艺V2

中山大学暑期进修小组晶体硅太阳电池扩散工艺掺磷掺硼本征半导体导电性能较差，为了满足应用需求，一般进行p型或n型掺杂p-n结，浓度梯度分布POCl3扩散1.物质扩散原理高浓度区域低浓度区域Fick的扩散第一定律xtxcDJ),(xc/浓度梯度22),(),(xtxcDxtxcFick的扩散第二定律2.POCl3扩散原理三氯氧磷是无色透明的液体，具有强烈的刺激性气味，有毒，密度为1．67，熔点2℃，沸点105.3℃，在潮湿空气中发烟，易水解。因此，使用三氯氧磷源时，须注意盛源瓶的密封。三氯氧磷极易挥发，蒸气压高。三氯氧磷是有窒息性气味的毒性液体，所以，要求扩散系统必须有很好的密封性。特别是盛源瓶的进出口两端要用聚四氟乙烯或聚氯乙烯管道来连接。接口处用封口胶封闭。系统应保持清洁和干燥。当三氯氧磷呈现淡黄色时，就不能使用。跟水发生反应POCl3+3H2O=H3PO4+3HCl加源，清洗源瓶应杜绝沾上水。POCl3在高温下（T600℃）可以分解生成五氯化磷（PCl5）和五氧化二磷（P2O5），其反应的方程式如下：5POCl3=3PCl5+P2O5生成的P2O5在扩散温度下与硅（Si）发生反应，生成二氧化硅和磷原子，其反应式如下：2P2O5+5Si=5SiO2+4P在没有氧的参与下的时候，POCl3的分解是不够充分的，生成的PCl5是不易分解的，而且它还会对硅片有腐蚀的作用，破坏硅片表面的状态。当氧气的量是充足的时候，第一步生产的PCl5会进一步分解成P2O5并放出氯气。4PCl5+5O2=2P2O5+10Cl2生成的P2O5又会进一步与硅发生作用，生成SiO2和磷原子。P2O5+Si=4P+5SiO2由此可见，通入一定流量的氧气可以使PCl5充分分解和避免PCl5对硅片表面的腐蚀作用。一般的情况下，当氧气的量是比较充足的时候，POCl3会发生热分解：4POCl3+3O2（过量）——2P2O5+6Cl2（气体）POCl3分解产生的P2O5与硅发生反应生存SiO2和磷原子，所以扩散的过程中，硅片的表面上会形成一层由P2O5和SiO2组成的磷硅玻璃（PSG），这层磷硅玻璃会限制外面的扩散源向硅的内部扩散，但是硅表面上形成的磷却是可以向硅片内部扩散的PSG的厚度3.扩散的步骤进舟稳定温度通氧降低表面死层低温沉积提高掺杂均匀性高温沉积推结降温退舟典型扩散工艺步数时间（分）温度O2大N2小N2115830830830830830102108308308308308301.58.43108308308308308541.56.80.9458638638788588661.58.60.95158638638788588661.58.60.965.58308308308308301.597157607607607607601081583083083083083010温区补偿4.扩散方块电阻在太阳电池扩散工艺中，扩散层薄层电阻,即方块电阻是反映扩散层质量是否符合设计要求的重要指标。方块电阻的定义考虑一块长为l、宽为a、厚为t的薄层如右图。如果该薄层材料的电阻率为ρ，则该整个薄层的电阻为))((altatlR16当l=a（即为一个方块）时，R=ρ/t。可见，（ρ/t）代表一个方块的电阻，故称为方块电阻，特记为R□=ρ/t(Ω/□)扩散层薄层电阻的测试目前生产中，测量扩散层薄层电阻广泛采用四探针法。测量装置示意图如图所示。图中直线陈列四根金属探针（一般用钨丝腐蚀而成）排列在彼此相距为S一直线上，并且要求探针同时与样品表面接触良好，外面一对探针用来通电流、当有电流注入时，样品内部各点将产生电位，里面一对探针用来测量2、3点间的电位差。174.扩散方块电阻四探针测试片内不均匀度5%，片间不均匀度10%.典型方块电阻：50-55Ω/□for单晶硅电池60-65Ω/□for多晶硅电池单晶，多晶扩散差异扩散方阻的片内不均匀WT2000方阻均匀性影响因素工艺总气体流量匀流板的分流设计废气排放位置排风量大小管内气氛的稳定性，压强匀流板大小等离炉门的位置（针对开管炉）影响气氛的稳定性5.p-n结构杂质浓度分布ECV简介p-n结构杂质浓度分布ECV余误差分布Plateautail1x1020/cm35x1019/cm3过镀区浓度分布曲线简化示意图YujiKomatsu两条高斯分布曲线叠加为什么会形成这种形状的浓度分布6.不同方块电阻的浓度分布7.扩散片少子寿命检测~40Ω/□9.464us~50Ω/□13.203us~55-60Ω/□17.25us8.表面掺杂浓度对电池光谱响应的影响MeasurebyCHEN表面轻掺杂浓度显著提高短波段光谱响应表面轻掺杂减少死层9.p-n结载流子复合p-n结构饱和电流密度Joe反映了其载流子复合程度。Plateautailsurface10.p-n结载流子复合V.Nguyen11.扩散与镀膜工艺的关联1.调整镀膜工艺，提高表面钝化质量进一步降低表面复合速率，从而降低发射极的载流子复合。2.不同的扩散方阻有各自的最优化镀膜工艺(?)。同一镀膜工艺对不同方块电阻的硅片的钝化效果不一样。不同方阻的硅片由于表面掺杂浓度不同，应进行优化镀膜工艺。11结合扩散方阻设计丝网印刷网版Sheetresistance456080100Fingerline52566268Forreference:栅线遮光电池填充因子12.扩散与烧结防止烧结温度过高导致的漏电现象漏电Ag栅线针对不同的方块电阻硅片，优化烧结工艺JunyongLi,MasterthesisAg晶粒穿透深度跟Ag浆料有关高方阻浆料M.M.Hilali在一定方阻下，结合银浆料的性能调节烧结工艺，充分发挥银浆料的特性。高方块电阻片烧结11扩散设备公司名称国家设备类型北京七星华创电子股份有限公司中国扩散炉长沙万全科技开发有限公司中国扩散炉中国电子科技集团公司第48研究所中国扩散炉AmtechSystems,Inc.美国扩散炉Annealsys法国扩散炉ASMInternationalN.V.荷兰扩散炉BruceTechnologiesInc.美国扩散炉BTUInternationalInc.英国扩散炉CentrothermGmbH德国扩散炉Gebr.SchmidGmbH+Co.德国扩散炉KoyoThermoSystemCo.Ltd.日本扩散炉KraftProjectElectronicsLtd匈牙利完整生产线ManzAutomationAG德国扩散炉PVI美国扩散炉Qualiflow法国扩散炉SemcoEngineering法国扩散炉SierraThermProductionFurnaceInc.美国扩散炉SVCSs.r.o捷克扩散炉TecnofimesSrl意大利扩散炉TempressSystemsInc.荷兰扩散炉TPS美国扩散炉ZAEBayern德国扩散炉Source:solarzoom12.磷扩散注意事项（一）——工艺卫生38保持扩散间洁净度，最好能达到千级。所有工夹具必须永远保持干净的状态，包括吸笔、石英舟、石英舟叉子、碳化硅臂桨。吸笔应放在干净的玻璃烧杯内，不得直接与人体或其它未经清洗的表面接触。石英舟和石英舟叉应放置在清洗干净的玻璃表面上。碳化硅臂桨暴露在空气中的时间应做到越短越好。Source:solarzoom磷扩散注意事项（二）——安全操作39所有的石英器具都必须轻拿轻放。源瓶更换的标准操作过程依次关闭进气阀门、出气阀门，拔出连接管道，更换源瓶，连接管道，打开出气阀门、进气阀门。Source:solarzoomSource:RENAInDopSource:LongzhongTaoPhDthesis13.新型扩散方式——链式扩散新型扩散方式——印刷磷掺杂浆料ShotaSuzuki新型扩散方式——全激光掺杂发射极E.ELISELE14.硅片碘酒钝化步骤：1.采碱溶液或酸溶液去除硅片表面线切割损伤层；2.配置碘酒溶液乙醇（CH3CH2OH）——无水，≥99.9%碘（I2）——99.8%乙醇钝化溶液（碘酒）——0.2-5%，推荐100ml乙醇中混合1克碘。裸片测试有效寿命偏差太小，不便判断片源质量W.McMillan